L'expérience est effectuée dans l'hélium superfluide contenu dans un cryostat en verre à double paroi.

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L'échantillon est constitué d'un fil résistif dans lequel passe un courant ajustable.

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L'échelle est donnée par un repère géométrique de 1 millimètre de diamètre situé dans le champ.

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Cadence des prises de vues (sauf indications contraires) : 500 images/seconde

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Les phénomènes sont alors ralentis 20 fois.

Trois régimes se succèdent quand le flux de chaleur augmente :

• régime I : apparition d'un couche de gaz cylindrique
• régime II : cette gaine se déforme avec des perturbations quasi-sinusoïdales à l'interface
• régime III : augmentation de la déformation des poches avec rupture locale de l'interface associée à un transfert de masse gaz/liquide.

Régime I pour H fort et T° bas.

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Régime II pour des situations intermédiaires.

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Régime III pour H faible et T ~ T».

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Pour T > T» => ébullition classique

Pas de transfert de masse.

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Interface au repos d'épaisseur pratiquement constante.

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Le diamètre de la gaine peut atteindre le millimètre.

Il n'y a toujours pas de transfert de masse au niveau de l'interface dans le régime II.

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Les perturbations de l'interface s'amplifient avec le flux de chaleur.

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La modulation de l'amplitude est quasi-sinusoïdale et présente parfois double.

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La fréquence des pulsations est de 5 à 10 Hz.

Dans le régime III, il y a transfert de masse entre le gaz et le liquide par suite de la rupture locale de l'interface.

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La durée de vie des poches va de quelques millisecondes à environ 30 millisecondes.

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La cadence des prises de vues va de 500 à 2000 i/s.

Le courant est coupé brutalement puis rétabli.

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A partir du régime III, la phase gazeuse disparaît en environ 1 milliseconde.

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L'établissement du régime III se fait systématiquement en passant au préalable par les régimes I et II.

Le flux de chaleur et la température du bain jouent des rôles analogues.

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A flux constant, les régimes I, II et III apparaissent successivement quand on se rapproche de la température de transition T».

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Pour des températures supérieures à T» (hélium ordinaire) l'ébullition redevient classique avec un transfert de masse à l'interface.

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Les poches ont une durée de vie suffisante pour migrer jusqu'à la surface.

Les trois régimes observés pour un fil horizontal restent présents dans le cas d'un fil vertical.

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En régime II, les forces de pesanteur transforment les mouvements de pulsation de l'interface en une propagation hélicoïdale ascendante.

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En régime III, la variation de pression hydrostatique le long du fil entraîne un évasement de la gaine.

Les régimes I et II, sans transfert de masse entre le gaz et le liquide, sont caractéristiques de l'ébullition dans la phase superfluide aussi bien en géométrie horizontale que verticale.

L'ébullition apparaît, lorsque la température d'un liquide mouillant une surface solide chauffée, dépasse localement la température de saturation correspondant à sa pression de vapeur saturante.

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Dans le cas d'un liquide ordinaire (autre que l'hélium superfluide), l'ébullition se manifeste par l'apparition de bulles de vapeur qui grossissent rapidement à mesure que le liquide réchauffé s'y évapore et qui finissent par se détacher de la paroi donnant lieu à des colonnes de bulles ascendantes. Cette formation de bulles est favorisée par la présence de sites de nucléation qui se présentent sous forme de germes ou de minuscules poches de gaz contenues dans les défauts de surface de la paroi.

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Dans le cas de l'hélium superfluide, dont la présence est obtenue pour des températures inférieures à T lambda = 2.17 K, l'ébullition se manifeste différemment par rapport à l'ébullition dite classique telle qu'elle est décrite par exemple dans le film présenté dans ce même thème « Les mécanismes de l'ébullition ». En effet, la phase superfluide de l'hélium étant superconductrice de chaleur, les gradients thermiques locaux sont quasi - inexistants de sorte qu'aucune surchauffe locale ne peut apparaître dans le liquide. La formation de bulles de vapeur est alors rendue impossible. Cependant, lorsque les flux de chaleur deviennent suffisamment élevés, obligeant le liquide à s'évaporer, l'opération de changement de phase se fait en bloc donnant lieu soit à des poches de vapeur, soit à une couche cylindrique de vapeur, comme le montrent les séquences de ce film.